CMT条件下镁分别在钢板、钛板和铜板上润湿性的研究

发布时间：2017-10-29 11:26

  本文关键词：CMT条件下镁分别在钢板、钛板和铜板上润湿性的研究

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【摘要】：近年来镁及其合金由于具有低密度、高阻尼减震性以及易回收利用等优点而在汽车、航空航天、摄影器材等行业备受青睐。将镁和钢(尤其是镀锌钢)连接能够使汽车车身轻量化,从而达到节能、环保的要求。同样作为轻质量的钛及其合金与镁结合不但充分发挥了两者各自的优势也弥补了各自的不足。镁-铜异种金属结构不仅能降低材料成本,节约材料,还能减轻结构件重量。文章通过研究镁与钢、钛、铜的润湿行为及界面结构,对其异种金属焊接接头的性能改善提供了一定的理论依据。本课题主要研究了冷金属过渡条件下,AZ61镁合金在不同基板(Q235钢、镀锌钢、TA2纯钛及T2纯铜)表面的润湿行为和界面结构,并分别得出了镁/钢、镁/钛及镁/铜冷金属过渡连接的最佳工艺参数,同时探索了润湿过程中界面热输入与最终润湿性的关系。结果表明:在镁-钢润湿过程中,当送丝速度在(3.5-9.5m/min)范围内变化时,镀锌层不但不能改善镁/钢润湿性反而导致熔滴过渡不稳定造成飞溅;只有当送丝速度大于10.5m/min时,镁/镀锌钢的最终润湿性才会好于镁/裸钢;无论是镁/裸钢还是镁/镀锌钢连接都会在其界面形成铝的富集层,即镁中的铝与钢中的铁反应形成Al-Fe金属间化合物,该金属间化合物对镁/钢的连接起重要作用。而对镁/镀锌钢来说,由于金属铝和钢的亲和力大于锌和钢的亲和力,故铝更容易吸附于镁/铁界面,锌被排挤到两侧并富集于三相线,而残留于中间界面的锌与镁发生反应形成Mg-Zn共晶层出现在Al-Fe金属间化合物的上方。另外也探究了在裸钢表面分别添加厚度为0.1mm的合金粉末后对镁-钢润湿性的影响。结果表明:添加硅粉后镁/钢界面生成Mg2Si金属间化合物但其对润湿性无明显影响;添加铜粉后,界面生成镁-铜金属间化合物并促进了镁钢的润湿;添加镍粉的润湿性虽然变好,但界面结合非常差;添加锌粉时由于锌蒸发过程并没有产生去除钢板氧化膜的作用从而阻碍了镁/钢的润湿。在镁/钛润湿中,采用大于2.5m/min的送丝速度均能满足润湿性的要求。由于镁与钛不发生反应,两者的连接是靠镁中的铝与钛反应生成Ti3Al金属间化合物实现的,其中铝在镁-钛界面上的富集符合热力学形成的条件。随着送丝速度在2.5-9.5m/min范围内增加润湿性变好,主要可归结为随着送丝速度的增加界面热输入增大,界面反应更加充分。钛板表面的氧化膜通过界面上析出的Al-Ti金属间化合物而被破除,进而使体系本征较好的润湿性变得更加明显。镁-铜钎焊界面生成两层金属间化合物:Ⅰ层(Mg17Al12和Mg2Cu的共晶相),Ⅱ层(Mg2Cu和Mg Cu2金属间化合物),其中白色块状的Mg Cu2很脆,预示着差的力学性能。最后文章通过对比镁/钢、镁/钛、镁/铜的润湿行为,发现其接触半径随时间的变化规律均可由公式:来拟合。其中镁/钛的润湿性好于镁/钢、镁/铜,除了镁/钛本征润湿较好以外,还主要与界面热输入有关,钛板的散热能力最差,钢板次之,铜板最好,故相同温度下,镁/钛界面热输入最大,使得液态镁在钛板上更好的润湿铺展。
【关键词】：冷金属过渡 镁/钢、镁/钛、镁/铜异种金属 润湿性 界面结构
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG457.1
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题意义10-11
• 1.2 镁/钢、镁/钛、镁/铜润湿性的主要影响因素11-13
• 1.2.1 外场力的影响11
• 1.2.2 实验条件的影响11-12
• 1.2.3 界面反应、表面活性物质及氧化膜的影响12-13
• 1.3 镁/钢、镁/钛、镁/铜润湿性、界面结构特点及连接难点13-18
• 1.3.1 镁/钢、镁/钛、镁/铜的润湿性13-14
• 1.3.2 镁/钢、镁/钛、镁/铜的界面结构特点14-16
• 1.3.3 镁/钢、镁/钛、镁/铜的连接难点16-18
• 1.4 本课题主要研究的内容18-19
• 第2章 实验材料、设备及方法19-24
• 2.1 实验材料19
• 2.2 实验设备19-20
• 2.2.1 润湿实验设备19-20
• 2.2.2 显微组织分析设备20
• 2.3 实验方法20-23
• 2.3.1 实验技术路线20-21
• 2.3.2 焊前处理21
• 2.3.3 润湿实验21-22
• 2.3.4 数据采集22-23
• 2.3.5 样品显微组织分析23
• 2.4 小结23-24
• 第3章 AZ61镁熔滴在不同钢板上的润湿行为与界面特征24-37
• 3.1 润湿行为24-25
• 3.1.1 镁/裸钢的润湿行为24
• 3.1.2 镁/镀锌钢板的润湿行为24-25
• 3.2 宏观形貌25
• 3.3 界面显微组织25-29
• 3.3.1 镁/裸钢的界面显微组织25-27
• 3.3.2 镁/镀锌钢界面显微组织27-29
• 3.4 合金元素对镁/裸钢润湿行为及界面结构的影响29-35
• 3.4.1 润湿行为29-30
• 3.4.2 宏观形貌30-31
• 3.4.3 界面结构31-35
• 3.5 镀锌层在镁/钢润湿体系中所起到的作用35-36
• 3.6 小结36-37
• 第4章 AZ61镁熔滴在纯钛上的润湿行为及界面结构37-41
• 4.1 镁/钛的润湿行为37
• 4.2 镁/钛的宏观结构37-38
• 4.3 镁/钛的界面结构38-40
• 4.4 小结40-41
• 第5章 AZ61镁熔滴在纯铜上的润湿行为及界面结构41-46
• 5.1 镁/铜的润湿行为41-42
• 5.2 镁/铜的宏观形貌42
• 5.3 镁/铜的界面结构42-45
• 5.4 小结45-46
• 第6章 AZ61镁熔滴在不同基板上润湿的动力学特征46-51
• 6.1 接触半径的拟合规律46-47
• 6.2 单位时间内镁熔滴过渡体积47-50
• 6.3 小结50-51
• 结论51-52
• 参考文献52-55
• 致谢55-56
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录56

【参考文献】

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本文编号：1112807